利用Protel99SE设计PCB基础教程.docx
《利用Protel99SE设计PCB基础教程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《利用Protel99SE设计PCB基础教程.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
利用Protel99SE设计PCB基础教程
【课题】印制电路板图的设计环境及设置
【教学目的要求】熟悉并掌握印制电路板的设计环境及设置
【教学重点难点】印制电路板；电路板工作层面
【教学内容】
[引入]本次课开始，我们开始学习Protel99se的另外一个重要功能—--设计印制电路板图。
这是电子电气电路设计人员使用Protel99se的主要目的。
一、Protel99SE印制电路板概述
印制电路板（PCB，PrintedCircuitBoard），是电子产品中最重要的部件之一。
电路原理图完成以后，还必须再根据原理图设计出对应的印制电路板图，最后才能由制板厂家根据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板产品。
（1）印制电路板的制作材料与结构
印制电路板的结构是在绝缘板上覆盖着相当于电路连线的铜膜。
通常绝缘材料的基板采用酚醛纸基板、环氧树脂板或玻璃布板。
发展的趋势是板子的厚度越来越薄，韧性越来越强，层数越来越多。
（2）有关电路板的几个基本概念
1.层：
这是印制板材料本身实实在在的铜箔层。
2.铜膜导线：
导线。
是敷铜经腐蚀后形成的，用于连接各个焊盘。
印制电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。
飞线：
预拉线。
它是在引入网络表后生成的，而它所连接的焊盘间一旦完成实质性的电气连接，则飞线自动消失。
它并不具备实质性的电气连接关系。
在手工布线时它可起引导作用，从而方便手工布线。
3.焊盘：
放置、连接导线和元件引脚。
过孔：
连接不同板层间的导线，实现板层的电气连接。
分为穿透式过孔，半盲孔，盲孔三种。
4.助焊膜：
涂于焊盘上提高焊接性能的一层膜，也就是在印制板上比焊盘略大的浅色圆。
阻焊膜：
为了使制成的印制电路板适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。
5.长度单位及换算：
100mil=2.54mm（其中1000mil=1Inches）
6.安全间距：
是走线、焊盘、过孔等部件之间的最小间距
二、PCB文件管理
通过前面的学习，我们知道Protel99SE是用一个专题数据库来管理各种设计文件的，PCB文件同样也采用这种由专题数据库来管理文件的方式。
因此，PCB文件管理的各项操作都是在专题数据库中进行的，这样就要求在进行PCB文件管理之前，首先要建立或打开一个专题数据库，然后再在专题数据库中进行PCB的文件管理。
1、新建PCB文件
2、保存PBC文件
3、打开已有PCB文件
4、关闭PCB文件
三、装载元件库
（一）元件封装
元件封装就是原理图中元件的Footprint。
它是指实际元件焊接到电路板时，所指示的外观和焊盘位置。
不同的元件可以共用同一种元件封装。
同一种元件也可以有不同的封装形式。
在取用焊接元件时，不仅要知道元件名称，还要知道其封装形式。
元件封装可以在设计电路原理图时指定，也可在引进网络表时指定。
元件封装的主要参数是形状尺寸，因为只有尺寸正确的元件才能安装并焊接在电路板上。
原理图中的元件注重于元件的引脚，引脚号码是重要的电气对象，引脚之间的连接不能有任何错误。
而PCB图不仅注重元件引脚之间的连接，更注重元件的外形尺寸，要将引脚与引脚之间的导线连接转换成焊盘与焊盘之间的铜膜线连接。
1.元件封装的分类
针脚式元件封装表面黏着式（SMD）元件封装
一般元件的封装图包括元件图形、焊盘和元件属性三部分。
元件图形不具备电气性质，由丝网漏印的方法印到电路板的元件层上。
焊盘就是元件的引脚。
焊盘上的号码就是元件管脚的号码。
原理图元件的引脚号码必须与封装图中的焊盘号码一致。
焊盘的号码、尺寸、位置十分重要，如果错了，PCB板就不能用了。
元件属性用于设置元件的位置、层次、序号（designator）和注释（comment）等项目的内容。
2.元件封装的编号
元件封装图的名称是它在封装库中的名称，Protel有三个封装库。
它们是连接器库（connector）,一般封装库（GenericFootPrints）和IPC封装库。
元件封装的编号一般为“元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。
可根据元件封装编号来判别元件封装的规格。
部分元件的封装说明：
（单位为英寸）
封装类型
封装名称
说明
电阻类无源元件
AXIAL0.3~1.0
数字表示焊盘间距
无极性电容元件
RAD0.1~0.4
数字表示焊盘间距
有极性电容
RB.2/.4~RB.5/1.0
斜杠前的数字表示焊盘间距，斜杠后的数字表示电容外直径
二极管
DIODE0.4、DIODE0.7
数字表示焊盘间距
石英晶体
XTAL1
晶体管
TO-xxx
其中xxx为数字，表示不同的晶体管封装
可变电阻
VR1~VR5
双列直插
DIP-xx
其中xxx表示引脚数
单列直插
SIPx
其中x表示引脚数
牛角连接器
IDCxx
其中xx表示管脚数
（二）加载元件库
方法类似于原理图元件库的加载
四、设置电路板工作层面
印制电路板是由一系列层状结构构成的。
不同的电路板具有不同的工作层面。
一般的电路板有单面板、双面板和多层板三种。
单面板并不意味着电路板只有一个工作层面，同样双面板也并不是说电路板只有两个工作层面。
（一）设置电路板工作层面
1．信号层（Signallayers）
2．内部电源/接地层（Internalplanes）
3．机械层（Mechanicallayers）
4．阻焊层（Soldermasks）
5．锡膏防护层（Pastemasks）
6．丝印层（Silkscreen）
7．钻孔层（Drill）
8．禁止布线层（Keepout）
9．多层（Multilayer）
10．DRC错误层（DRCErrors）
11．连接层（Connections）
单层板：
包括焊接面和元件面的丝网层。
特点是价格便宜，但布线困难，经常需要跳线连接不能布通的铜膜线。
双层板：
包括元件面、焊接面和元件面的丝网层。
特点是价格适中，布线容易，是常用的一种板型。
四层板：
在双层板的基础上增加电源层和地线层。
特点是电源和地线各用一个层面连通，而不用铜膜线。
目前该技术已经成熟。
六层板：
在四层板的基础上增加两个信号层面。
由于制作复杂，造价高，一般只用在高级设备中。
PROTEL99se具有32个信号布线层，16个电源地线层和多个非布线层，可以满足一般需要。
一般电路板的元件面称为顶层（top），焊接面称为底层（bottom）,中间的信号布线层称为中间层（mid）
（二）设置工作层面
在一块电路板上真正存在的工作层并没有那么多，一些工作层在物理意义上是相互重叠的，而有些则是为了方便电路板的设计和制造而设置的。
在设计的过程中往往只要析开需要的工作层面，而将其它的都关闭。
下图为工作层面设置对话框：
1.设置信号层和内部电源/接地层
2.设置Mechanicallayers
五、规划电路板
在创建好PCB文件并启动PCB编辑器后，设计人员首先要对电路板进行规划。
所谓规划电路板，就是根据电路的规模以及公司或制造商的要求，具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。
电路板规划的原则是在满足公司或制造商的要求的前提下，尽量美观且便于后面的布线工作。
工作层面设置标签
一般情况下,我们在禁止布线层确定电路板的尺寸和需要打孔的位置。
下图为一个绘制完成的PCB图.请注意各组件的颜色与形状.
【上机实训】（因时间原因，本次实训与下次课实训合并一起做。
）
一、实训目的：
熟悉印制电路板的设计环境及设置
二、实训内容：
1、在E盘个人文件夹下新建一个数据库，名称为NEWPCB.DDB
2、在数据库中新建PCB文件，文件名为NEW.PCB,保存该文件后关闭。
3、打开第二步新建的PCB文件执行以下操作；
4、装载元件库：
装载连接器库（connector）,一般封装库（GenericFootPrints）和IPC封装库。
5、设置电路板工作层面：
设置一个四层板的层面。
设置板层显示及颜色（使用tools/preferences菜单）；将丝印层设置为绿色显示,顶层为大红色,底层为蓝色,禁止布线层为紫色.
6、工作环境设置：
（使用design/options菜单）
将划线工具栏放置在屏幕右侧.可视大网络为1000MIL,可视小网格为100MIL,捕捉网格为20MIL,电气网络为8MIL
7、规划电路板：
确定电气边界。
规划一个宽8厘米,长10厘米的印制板的边界,并设计4个定位孔的位置,定位孔的直径为5毫米.
【课题】印制电路板设计流程
【教学目的要求】掌握PCB印制电路板的设计流程及元件封装的放置方法
【教学重点难点】印制电路板设计流程；元件封装的放置
【授课时数】2学时
【教学方法】理论讲述及多媒体演示60分钟，学生操作30分钟
【学生作业】
【教学内容】
【课前】作业讲评及前期上机情况综合点评
【新课】
一、印制电路板设计流程
设计印制电路板可以按照如下的七个步骤完成原理图的设计工作。
1、绘制电路原理图：
利用SCH99绘制电路原理图生成网络表。
当所设计的电路图非常简单时，可以不必进行原理图的绘制和网络表的生成，而直接进行PCB的设计，即有时可跳过这一步。
2、规划电路板：
在绘制印制电路板之前，用户还要对电路板有一个初步的规划，比如电路板采用多大的物理尺寸、采用几层电路板（单面板、双面板还是多层）、各元件采用何种封装形式及其安装位置等。
这是一项极其重要的工作，它是确定电路板设计的框架。
3、设置参数：
设置参数主要是指设置元件的布置参数、层数参数、布线参数等。
有些参数用其默认值即可。
4.装入网络表及元件封装：
该步是将已生成的网络表装入，此时元件的封装会自动放置在印制电路板图的电气边界之外，但这些元件封装是叠放在一起没有布局的。
若没有生成网络表，则可以用手工的方法放置元件。
5、元件的布局：
可以利用自动布局和手工布局两种方式，将元件封装放置在电路板边框内的适当位置。
适当位置包含两个意思：
一是元件所放置的位置能使整个电路板看上去整齐美观，二是元件所放置的位置有利于布线。
6.布线：
完成元件之间的电路连接.
有两种方式：
自动布线和手工布线。
若在PCB设计系统中装入了网络表，则在该步中就可以采用自动布线方式。
7、文件保存及输出：
保存PCB图，然后根据需要利用各种图形输出设备，如打印机、绘图仪等输出电路板的布线图。
二、元件封装的放置
（一）放置元件封装
当我们载入网络表时，元件就跟着进入工作区，这是最简单的选用元件的方法。
根据不同的场合的需求，可能要增减元件，甚至不通过网络表直接选用元件。
选用元件的方法很多，在不同场合，不同需求下，可以用不同的方法选用元件。
1．装载与卸载元件库
装载元件库与卸载元件库是设计管理器的一个功能。
在使用元件之前，一定要确定其所属的元件库已被装入，否则无法取得该元件
在Protel99SE里，元件库并不是以单独的元件库文件形式出现的，而是包含在某个数据库文件中，在一个数据库文件里，可能只有一个元件库，也可能有很多个元件库。
所以，很难直接从数据库的文件名称上判断哪个数据库文件中有元件库。
2.由设计管理器选用元件
3.浏览元件
4.直接选用元件
（二）元件的选取与取消选取
1.选取：
执行“edit/select”菜单命令下的相应命令
选取方式
功能说明
InsideArea
选取指定区域内的所有图件
OutsideArea
选取指定区域外的所有图件
All
选取所有图件
Net
选取指定的网络
ConnectedCopper
选取信号层上的指定网络
PhysicalConnection
选取指定的物理连接
AllonLayer
选取当前工作层面上所有图件
FreeObjects
选取除了元件以外的所有图件
AllLocked
选取所有处于锁定状态的图件
OffGridPads
选取所有不在格点上的焊盘
HoleSize
选取指定孔径的焊盘或过孔
ToggleSelection
逐次选取图件
2、选取向导
3、取消选取
（三）元件属性的编辑
1.单个元件属性编辑
2.多个元件属性的整体编辑
【上机实训】
三、实训目的：
学会放置PCB元件，掌握元件属性的修改，了解查找PCB元件的方法
四、实训内容：
在NEWPCB.DDB数据库中新建一个PCB文件，并放置如下元件：
管脚间距为5毫米的电阻；
管脚间距为5毫米，外径为1厘米的电解电容；
二极管，焊盘间距为7。
5毫米。
三端稳压源。
变压器。
三极管。
无极性电容。
【操作提醒】
【实训综述】
【课题】PCB绘图工具的使用
【教学目的要求】掌握PCB绘图工具的使用
【教学重点难点】绘图工具的使用
【授课时数】2学时
【教学方法】理论讲述及操作演示45分钟，技能训练45分钟
【教学内容】
复习:
PCB环境设置及图纸尺寸设置
下面将介绍PCB图设计中放置工具栏中各按钮的功能
1、绘制导线
操作演示:
放置导线并修改线宽,注意在导线的每个转折点处单击确认。
2、放置焊盘及其属性编辑
操作演示：
（1）放置一个焊盘,修改焊盘属性为内径32,外径80,焊盘形状为方形
（2）放置一个焊盘,修改焊盘属性为内径28,外径X轴50,Y轴70,焊盘形状为圆形
提示：
焊盘内孔只能为圆形，但焊盘的形状可以为圆的（椭圆和正圆），方形的（正方和长方），八角形的
3、放置过孔及其属性编辑
操作演示:
放置一个过孔并修改其属性
4、放置字符串
操作演示:
放置字符串
5、放置位置坐标：
是将光标当前位置的坐标放置在工作平面上以供参考。
操作演示：
放置一个当前位置的坐标
6、放置尺寸标注：
主要是方便制版过程
操作演示:
放置禁止布线层的长度标注
7、设定坐标原点：
系统本身提供了一套坐标系，其原点称为绝对原点，用户也可以通过设定坐标原点来定义自己的坐标系，这个原点称为当前原点。
8、四种绘制圆弧的方法：
边缘法：
绘制的是90度圆弧
中心法：
可用于绘制任意半径任意弧度的圆弧
绘制任意角度的圆弧
绘制整圆
操作演示:
4种方式绘制圆弧
9、放置填充：
在印制电路板中，为提高系统的抗干扰性，通常需要设置大面积的电源、接地区域。
这个可以利用填充功能来实现。
填充的方式有两种：
矩形填充和多边形填充。
这两种方式是有区别的。
前者填充的是整个区域。
没有任何遗留的空隙。
后者则是用铜膜线来填充区域，线与线之间是有间隙的。
另外，矩形填充会覆盖区域内所有导线、焊盘和过孔，使其具有电气连接关系，而多边形填充则会绕开这些具有电气意义的图件，不改变其原有的电气连接关系。
10、其它工具
放置直线
放置元件空间
放置内部电源/接地层
放置图件
【上机实训内容】
通过以下两个简单PCB图的练习,学习各类工具的使用方法
「操作提醒」
1、参数更正：
DIP-16为DIP16，SIP-4为SIP4，SIP-6为SIP6
2、安装孔的直径不作规定，但需要考虑不能离板子边缘太近，尺寸不能太大
3、线宽：
粗线20mil,细线10mil
4、本图为单层板，全部在底层布线（蓝色线段）
【课题】手工布局与手工布线
【教学目的要求】熟悉并掌握手工布局及手工布线
【教学重点难点】手工布线
【教学内容】
一、手工布局
（一）元件的移动、删除与剪切粘贴
1、元件移动
单个元件移动：
Move、Drag、Componet
走线方法：
Re＿Route、Break Track、DragTrackEnd
多个元件的移动：
MoveSelection
旋转元件：
RotateSelection
翻转元件：
FilpSelection
此外，也可直接用鼠标和键盘快捷方式进行
以上的操作。
2、元件删除
3、元件剪切、粘贴
（二）元件的布置
1、阵列式元件的布置
2、元件的排列与对齐
二、手工布线
（一）导线的布线技巧
1.手工布线：
若在走线中单击空格键，可改变走线方式。
若按SHIFT＋空格键，可以循环改变走线模式。
系统会自动调整角度和走线路径。
2.板层切换：
可使用小键盘上的加号和减号键
（二）导线的操作
1.导线属性的编辑
2.导线的移动与调整
3.导线的整体编辑
4.导线的剪切、复制、粘贴与删除
三、给电路板添加标注
给电路板上添加一定的标注，主要是为了更进一步的使整个电路板的信息有一个完整的体现。
通常这部分信息放在机械层。
1、标注文字：
通常包括元件的编号、层面的作用和设计日期等。
2、标注尺寸：
主要是标注电路板的外围尺寸，也可用来说明一些预留孔或其它部件的位置和大小。
3、放置定位孔：
在禁止布线层进行定位孔的放置
四、上机实训内容布置及操作演示
【上机实训】
试设计如下电路的PCB图，要求使用单层板（顶层是元件面，底层焊接面），要求元件布局紧凑，科学合理，整齐美观.现人工放置元件封装，人工连接铜膜线，一般布线的宽度为25mil，电源及地线的宽度为50mil。
为方便绘图，先填好以下的元件表。
说明
元件编号
标称值
封装形式
电阻
RA，RB，RL，R1
1K，1K，10K，2K
AXIAL0.3
电容
C1，CT
0.01uF,0.1Uf
RAD0.1
555时基电路
U1
555
DIP-8
连接器
J1
CON4
SIP-4
【操作提醒】
1、很多同学看不懂图纸。
解决办法：
不要求读懂，只要求照着画出来。
2、要脱离绘制原理图的模式。
连线要讲究整齐，不能有节点。
3、不能选错了元件封装形式。
4、注意布线层面，顶层是红色线，底层是蓝色线，禁止布线层是紫色线
5、导线的宽度只能绘制好再调整。
6、注意焊盘间的连接点，导线要真正连接到焊盘上。
7、同一层面上的导线是不能交叉的，否则就短路了。
思考：
本图还可以布局成什么样式，可以使板子的尺寸更小呢。
【实训综述】
【课题】用手工布局的方式绘制PCB图
【教学目的要求】通过几个样例，基本学会使用PROTEL软件手工布局和手工布线绘制简单的PCB图的基本步骤和方法。
【教学重点难点】采用手工布局及手工布线的方法绘制PCB图的操作步骤
【授课时数】2学时
【教学方法】简单讲解一下制作过程20分钟，学生上机练习70分钟
【学生作业】上交绘制的PCB图的电子文档
【教学内容】
【复习】手工布局及手工布线的基本步骤
1.在设计之前，一般要有一个纸上的大致构思
2.启动Protel99SE，进入PCB设计系统。
确定电路图环境参数。
3.确定PCB板的尺寸及定位孔.
4.将元件从元件库中选择出来放置到图纸中相应位置，并同时进行设置元件的序号及参数的设置工作。
为了美观，还需要对元件进行修改、对齐等操作。
5.根据电路原理图的需要将各个元件通过导线连接起来。
［上次实训情况点评］
【上机实训】
一.实训目的：
1.熟悉PCB图编辑器的功能及使用方法
2.掌握实体放置与编辑的技巧及方法
二.实训内容:
完成以下PCB图的绘制。
【操作提醒】
先设置好禁止布线层的尺寸。
走线全是直角。
线宽有设置，细线的宽度为10mil,粗线宽度为20mil
【课题】自动布局及自动布线
【教学目的要求】熟悉并掌握自动布局及自动布线的方法
【教学重点难点】由原理图生成印制板图的步骤
【教学内容】
一、自动布局
（一）装入网络表与元件：
网络表与元件的装入过程，实际上就是将原理图设计的数据装入印制电路板的设计系统PCB的过程。
具体操作如下：
首先在PCB编辑器执行“Design\CreateNetlist…”菜单命令，出现如下对话框：
学习提示：
1、装入网络表时出现错误可检查以下几方面：
A、SCH图中元件属性项中的封装名称为空或与实际的PCB库中的封装元件名称不一致，特别要注意数字是半角字符，连接横线不是下划线。
而且还得注意修改过封装的元件是否会存在两个以上的封装形式；
B、在PCB编辑界面中是否全部加载所有元件的封装库；
C、SCH图中是否存在序号错误或有重复序号；
D、SCH图中元件的管脚编号要和SCH元件库中的封装元件图的焊盘编号一致，否则就不能正常装入该元件。
如：
二极管的元件封装图中阳极的焊盘号为A，阴极的焊盘号为K，而原理图中，二极管的元件管脚号为1和2，两者不一致，需要修改。
特别提醒，三极管、整流桥和电位器及变压器等元件在加载的时候均要检查引脚编号。
2、在导入网络表以后，有可能在PCB图中什么也看不到，此时可选择菜单中的“View/FitBoard”命令，就可以把导入的零件全显示出来。
3、元件之间的浅绿色的线段叫预拉线，是用来表示节点之间存在的电气连接关系。
这些线段在布线完成后会消失。
可用它来检查是否完成布线。
（二）元件的手工布局与调整：
元件自动布局的结果并不令人满意，需要手工进行调整。
在进行布局调整时要考虑：
1）元件布局应便于用户操作使用；
2）尽量按照电路的功能布局，减少元件引脚间的连线长度；
3）数字电路部分与模拟电路部分尽可能分开；
4）特殊元件要根据不同元件的特点进行合理布局。
例如，高频元件之间的连线应越短越好，这样可减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰。
易受干扰的元件之间距离不能太近。
发热元件应远离热敏元件；
5）留出电路板的安装孔和支架孔以及其他有特殊安装要求的元件的安装位置。
（三）元件标注的调整
二、自动布线
1、自动布线是指程序根据用户设定的有关布线参数和布线规则，按照一定的算法，依照网络表所指定的连接关系，自动在各个元件之间进行连线，从而完成印制电路板的布线工作。
它能自动分析当前的PCB文件并选择最佳的布线方式。
采用自动布线方法进行布线，能得到高质量的布线效果，节省设计时间。
但是，完全由程序完成的自动布线往往不能完全满足设计者的要求，所以一般采用自动布线与手工布线相结合的办法来进行。
学习提示：
自动布线前请对照SCH图，对PCB图中元件及预拉线进行一次复核。
2、自动布线过程：
1）进行网络分类。
便于对不同的网络设置不同的布线设计规则，提高设计效率；
2）设置布线设计规则和参数，设置自动布线的参数包括布线层面、布线优先级别、布线的宽度、布线的拐角模式、过孔孔径类型、尺寸等，这些参数设定后，自动布线器就会依据这些参数进行自动布线。
因此，自动布线的成败在很大程度上与参数的设置有关；
3）设置布线方案。
可对指定元件，指定焊点， 指定区域进行自动布线；
4）运行自动布线。
执行菜单命令：
“AutoRoute/ALL”
3、设计规则的检测：
4、电路板的手工修整
利用自动布线的结果不是很令人满意，还需要用手工布线对布线结果进行相应的调整。
手工调整并没有固定的规则，主要是按照用户要求，根据设计人员在实际工作中积累的经验，通过一定的技巧来完成。
主要是用户在安装、抗干扰、小型化等方面的要求，对走线宽度、走线方式等进行手工调整。
还有就是在电路板上加上各种注释、标志等特殊的图案等。
如：
调整布线；增加信号输入输出接口；加宽电源/接地线等。
三
升级会员 